[发明专利]基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法及系统，该方法包括对通航水域进行子水域划分；从历史船舶AIS数据中提取不同子水域的AIS轨迹数据；对所述AIS原始轨迹数据进行预处理；分析并处理AIS轨迹数据得到船舶运动特征数据；提取空间属性匹配的历史水流观测数据，并基于时间属性对船舶运动特征数据和水流数据进行匹配；设计BP神经网络，挖掘样本数据之间的潜在映射关系，实现从AIS数据到水域水流信息的提取。本发明能够从AIS数据提取船舶通航水域的水流信息，能够为船员操纵船舶提供导航信息，降低水路交通事故率。

技术领域

本发明涉及大数据挖掘技术领域，更具体地说，涉及一种基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法及系统。

背景技术

获取航行环境信息是保证船舶航行安全的重要环节，因此如何及时获知当前水域的水流态势信息就显得尤为重要。目前水流测量技术按照原理可划分为漂浮法、机械式、电磁感应式、声学式和光学遥感式5种类型。漂浮法是向水体中投入自沉浮式刨面探测浮标，通过跟踪浮标的时空变化以确定表面流的流速和流向。机械式水流计借助水流产生的推动力来驱动叶轮旋转，进而由传感器感应出转速，最后换算成流速值，并用内置的磁罗盘确定流向。电磁式水流计是利用水流在地磁场中流动产生的感应电动势来测量流速、流向。声学式测流计主要通过超声波在水流中的传播特性和多普勒频移技术来测水流流速、流向信息。水流遥感观测技术通过光学信息对水流信息进行反演。

但是上述方法均存在不同程度上的缺陷，导致上述方法无法应用到船舶导航上去。如漂浮式测流技术需要专门配备特殊浮标，机械式测流技术通常用于固定采集点采集，上述测量技术操作方式上的特点和限制导致该技术无法搭载到船舶上。电磁式测流技术测量精度随地磁场的分布存在较大差异，测量时需要船只拖着传感器在海面上沿“之”字航行,分别测量两个方向的海流分量,然后求出海流的矢量大小和方向，和船舶导航目的相冲突。声学式测流技术和遥感技术测量精度的测量方式都满足船舶搭载要求，但是这两种测量技术的设备成本十分高昂，无法满足市场需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法，包括：

S1、对通航水域进行子水域划分；

S2、从历史船舶AIS数据中提取不同子水域的船舶AIS原始轨迹数据；

S3、对不同子水域的船舶AIS原始轨迹数据进行预处理；

S4、分析并处理船舶AIS原始轨迹数据得到船舶运动特征数据；

S5、提取空间属性匹配的历史水流观测数据，并基于时间属性对船舶运动特征数据和水流数据进行匹配；

S6、设计BP神经网络，挖掘样本数据之间的潜在映射关系，实现从AIS数据到水域水流信息的提取。

在本发明所述的基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法中，在步骤S1中，通航水域子水域划分的步骤包括：

通过统计历史船舶AIS数据计算出通航水域的船舶交通流密度，根据交通流密度将通航水域划分为子水域块，保证在每一时刻划分区域至少拥有两条在航船舶；其划分区域面积满足

其中S为划分区域面积，N为区域在航船舶数量，ρ为该水域的船舶统计密度。

在本发明所述的基于船舶AIS大数据的通航水域水流信息的提取方法中，步骤S3中，对不同子水域的AIS轨迹数据进行预处理的步骤包括：

AIS数据清洗和轨迹参数计算；